外文翻譯(中文)使用輕集料時內部固化對混凝土界面上過渡區(qū)滲透和氯離子侵蝕的影響

1、<p><b>　　中文5712字</b></p><p>　　使用輕集料時內部固化對混凝土界面上過渡區(qū)滲透和氯離子侵 蝕的影響</p><p>　　摘要：處于水泥砂漿和骨料之間的界面過渡區(qū)（ITZ）的微結構在很大程度上取決于骨料的性質，尤其是它的孔隙率和吸水率。表面層多孔的輕集料已經引起人們的注意并且用來生產致密的界面過渡區(qū)微結構

2、，它與散裝水泥漿的微結構相當，與孔更多的界面過渡區(qū)截然相反，后者通常是包裹在一般骨料的周圍。這種界面過渡區(qū)微結構對混凝土的擴散傳輸有著很大的影響，特別是當這些獨立的界面過渡區(qū)域在三維的微結構當中是相互連接的。在這篇論文中，我們使用輕集料砂來代替普通重量的砂，以此對混凝土產生內部固化，同時我們邀考慮到它對界面過渡區(qū)滲透和氯離子侵蝕的影響。氯離子滲透深度的實驗測量值與界面過渡區(qū)滲透的電腦模型和隨機擴散模型緊密相關，它決定著內部固化的混凝土被

3、降低的擴散率的大小，并與摻有普通重量的砂的混凝土作比較。在此項研究中，對于砂的混合物當中，含有體積含量為31%的輕集料和69%的普通重量的砂，根據所獲得的滲透深度，氯離子的擴散率估計會降低25%或者更多。</p><p>　　關鍵詞：建筑工程學，擴散，界面過渡區(qū)，內部固化，輕骨料微觀結構，滲透</p><p><b>　　1引言</b></p><

4、p>　　輕集料混凝土在嚴峻的天氣條件下，總體上有比較好的性能表現。這樣說的原因之一是輕集料和周圍的濕水泥漿體之間形成的接觸區(qū)域具有很高的完整性。最近一段時間，界面區(qū)域和界面過渡區(qū)域這樣的術語以及被人們采用繼而代替接觸區(qū)域。對于普通重量的集料來說，因為水泥和骨料之間固有的尺寸差異，存在著一個“墻效應”，所以靠近骨料的表面存在著水泥顆粒的不足，這與它們在完整水泥漿體（沒有界面過渡區(qū)）的濃度有關。通過使用掃描式電子顯微鏡對微觀結構進行直

5、接的檢測發(fā)現，用過多孔外層的輕集料，不存在這種墻的效應并且水解產物的一種幾乎是連續(xù)統(tǒng)一的微觀結構與輕集料相鄰，并且部分滲入到1輕集料當中。例如，圖1表示的是使用掃描式電子顯微鏡所觀察到的具有和不具有內部固化的混凝土的微觀圖像。在多孔輕集料的顆粒周圍我們可以看到一些連續(xù)的微孔結構，有著水泥水化產物的能力，它們滲透到輕集料表層氣孔當中并且產生一些不規(guī)則性。</p><p><b>　　FIG1（圖1）<

6、;/b></p><p>　　這些在普通重量骨料周圍的界面過渡區(qū)的形成也會受到固化條件的影響。由于墻效應而導致靠近骨料的水泥顆粒填充效率低，界面過渡區(qū)域在最初的階段會有比較高的水灰比，并且和散裝水泥漿體相比顆粒間隔更大。如果在最初的階段沒有能夠提供足夠的固化水分，混凝土就會進行自干燥，散裝水泥漿體就會從界面過渡區(qū)中最大的氣孔中吸取水分，導致水化作用減弱，孔隙率增大，同時在界面過渡區(qū)中會形成更大的氣孔。如果這

7、樣的混凝土暴露于環(huán)境之中會發(fā)生再飽和，這樣的多孔的界面過渡區(qū)域對離子和液體傳輸的抵抗力會變的更低。</p><p>　　當每一個在混凝土的普通重量的集料被這樣的多孔界面過渡區(qū)所包圍時，它們在三維微觀結構之間的滲透性和連通性就成為了影響傳輸和耐久性的因素。這種滲透性通過一種由國家標準和科技機構發(fā)展的中心較軟的硬殼模型（HCSS)進行全面的檢測，在檢測的過程中我們把集料當作是實心的（無法穿透）球形顆粒，而那些界面過渡

8、區(qū)則被當作是包裹在周圍的同心軟殼。HCSS模型的應用范圍已經被擴展到用來檢測含有聚合物纖維的高性能混凝土的核散裂狀況，以用來使那些受到保護的漿體的體積適應內部固化的過程，最近的是用來證明水灰比和水泥的粒度分布對水泥水化漿體最初階段時顆粒間距離的影響。在本文中，這種模型將被用來進一步的去研究普通重量砂顆粒，ITZ和沒有明顯接界面過渡區(qū)存在的集料的混合物，這與前面利用它來研究包含了惰性和活性顆粒的沒有宏觀缺陷的水泥有一點相似性。我們應該注意

9、的是有關混凝土中存在界面過渡區(qū)滲透性的文獻中，還存在著一些爭議，盡管微結構的檢測工作已經證實了混凝土當中這種具有滲透性的路線的存在。</p><p>　　前面的研究中，我們知道實驗模型和計算機模型使得這些分布在界面過渡區(qū)的離子的擴散率得以量化，以此來相對于那些分散于純漿體當中的離子。例如Brettonetal使用被水泥漿體包裹的圓柱狀的集料來進行模擬實驗，并且得出結論，在水泥漿體的水灰比為0.5，固化10天并假定

10、界面過渡區(qū)的厚度是100lm，此時ITZ的氯離子擴散系數是純漿體的12-15倍。</p><p>　　Bourdette估計了一個更低的水灰比會使得界面過渡區(qū)對純漿體的擴散率變成3，此時的水灰比是0.4，混凝土的固化時間是3個月并且假定界面過渡區(qū)的厚度是120lm。相反地，Otsuki et al提出了這樣的觀點，界面過渡區(qū)對純漿體的擴散系數比值在水灰比從0.4變化到0.7，并且假定界面過渡區(qū)的的厚度在骨料的尺寸

11、范圍并且從0到80lm的范圍內發(fā)生著變化時，會達到100倍。根據一個多級微觀結構模型，Bentz認為，當假定界面過渡區(qū)的厚度為15lm時，擴散率會從0.7變化到大約為21，并且水化的程度從0.62變化到0.88.在那項研究當中，那些小于1的值表明，界面過渡區(qū)對擴散的抵抗能力要比純漿體好，這樣的結論只是在水灰比為0.3并且混凝土中含有硅灰的時候才會獲得。我們可以觀察到在更大的值，如接近20的時候，此時的水灰比是0.5，并且與Bretton

12、 et al在以上得出結論相統(tǒng)一。根據這些實驗所得出的結論，我們可以知道對很多傳統(tǒng)意義上的混凝土，那些界面過渡區(qū)卻是可以為那些有毒的離子提供一些便利的通道，比如氯離子。</p><p>　　作為混凝土研究的進一步的例子，輕集料混凝土當中缺少明顯的和更加多孔的界面過渡區(qū)會使得Thomas對擴散系數值的觀察所得到的結論因為沒有摻加輕集料而降低的值多達70%。更進一步的說，他的研究結果表明了當在有普通質量砂存在的情況下

13、，粗集料和細集料都被他們相對應的輕質集料所替代時，我們就可以使得混凝土在擴散率上產生最大程度的降低，這與全部取代粗集料的結果是截然不同的。我們很容易會產生這樣的疑問，多孔的輕集料可能不會像我們所期望的那樣去實際提高傳輸的速率，我們可以從圖1中看到，分布在輕集料中的氣孔是不連續(xù)的，是分散的，可能不能夠在集料顆粒之間產生滲透。實際上，這種缺少三維滲透性的表現已經被得以證實，我們利用從市場上可以獲得的輕集料在NIST對它們進行了X射線斷層攝影

14、研究。這種不連續(xù)性同樣與張和Gjorv等人的研究結果相符，他們指出高強輕質混凝土的滲透性比輕集料的多孔性對水泥漿體的性能的依耐性都要大。最近，Pycetal進行了大量的測量工作，指出一旦輕集料中的氣孔在固化過程中因為向正在水化的水泥漿體提供水分而變干，它們不會發(fā)生連續(xù)的散裂，即是是使樣本處于完全浸濕的狀態(tài)。就算這些輕集料中的氣孔保持</p><p>　　在標準的內部固化實驗研究當中，只有一部分普通重量的集料被取代

15、為輕集料。即是是這樣的取代量也能夠大幅度的降低界面過渡區(qū)漿體的總含量，同樣這對于混凝土的三維滲透性和氯離子的輸送傳播也會有很大的影響，就像圖2中的二位圖所表示的那樣。在最近的研究報告提出當前研究的動力是觀察粘度調節(jié)劑的成效，減少了氯離子進入混凝土內（判斷：粘度降低促進劑在混凝土技術的融合衍射）。在這項研究中，三烷基聚乙二醇引入到砂漿利用粘度調節(jié)劑的方法進行了探索，即除了直接加水攪拌，固化的應用解決方案作為一個專題，并通過預濕輕細集料的結

16、合的方法。后者的技術，FLAIR序列（精細輕集料為內部儲存處），先前已引進外加劑（SRA）應用于砂漿，同時觀察到的特別外加劑被直接添加與混合水添加時可減輕空氣逸出。如圖3所示，所有這三種方法的結論是在水灰比為0.4砂漿內減少了氯離子滲透深度，當水溶液的粘度增強劑是利用預濕輕細集料時是最有效的?；谶@些結果，本研究使用輕集料方法預先分離出這些判斷中水浸濕內部固化的有利影響。</p><p><b>　　F

17、IG2（圖2）</b></p><p><b>　　實驗與模型</b></p><p>　　在這項研究中準備好水灰比為0.4的砂漿，在表1中實際分批處理了一些混合比不同的和無內部固化的砂漿。一般情況下用輕集料取代，單位質量的水泥增加0.08的固化水，由于在砂漿中混合添加砂或輕集料，因此維持了整體體積率的55%。取自一家擴展頁巖的輕集料生產廠家，它的飽和表面

18、干燥比重為1.08、耗水量22%、吸水能力22.3%，在相對濕度為93%下約占輕集料釋放總用水量的93%。</p><p>　　TABLE1（表1）</p><p>　　在砂漿中混合后，制成直徑50mm，高度100mm的圓柱試件。在模具中固話一天，隨后固七天和二十八天，暴露在氯離子為1mol的密封塑料瓶內，控制砂漿在氫氧化鈉和氫氧化鉀以及氫氧化鈣的的堿金屬中固化。對于有固化的砂漿用密封的雙

19、塑料袋（7天或28天）后應用，則會促進水從輕集料到周邊水泥的運動，如前所述，在第一個七天在25攝氏度下等溫固化后，密封砂漿中試樣重量在7g和7.5g。</p><p>　　在暴露28天、56天、180天和365天后，控制氯離子進入氣瓶和固化圓柱砂漿體利用硝酸銀噴灑的試驗方法，在每次暴露的的時間，兩個圓柱體時間從氯離子環(huán)境取出，利用萬能試驗機從中間分開。對每個標本，兩個中一個用硝酸銀噴灑，在用圖像處理，然后用先進一

20、起用肉眼觀察氯離子滲透深度(先前的技術成果在圖3中體現）。</p><p><b>　　FIG3（圖3）</b></p><p>　　先前已經測量了不同輕集料的粒度分布，對固化砂漿，在表1中體現了用不同重量輕集料代替普通砂的差異，為了維持一個類似的總體細骨料粒徑分布，具體尺寸將用于HCSS電腦程序，以確定一個界面過渡區(qū)厚度的兩個砂漿的功能，這些仿真，計算機代碼進行了修

21、改，目前界面過渡區(qū)周邊都有普通沙粒，而不是輕集料，盡管模擬了界面過渡區(qū)的厚度范圍，一般的界面過渡區(qū)預計接近水泥中顆粒大小，在水泥研究中大約12lm。20毫米計算量?20毫米?采用20毫米計算量在每次仿真中進行研究，砂和輕集料顆粒比大約超過75萬。對于12lm的界面過渡區(qū)厚度，隨機擴散研究評定了無固化砂漿和砂漿的相對性，設定蟻長6lm和用一萬蟻長模擬研究，每次10萬隨機步驟。鑒于這些實驗樣品暴露在氯化物易老化，界面過多區(qū)域（周圍重量正常下

22、）擴散系數在20倍以上的散裝水泥粘度更大，以上討論，為了更好的了解此參數的影響，第二組模擬結果進行了擴散系數比為5：1的保守實驗，實驗中無論是普通沙子和輕集料都不擴散。</p><p>　　在另一項實驗中，從輕骨料和粗砂（硅膠）中吸收或釋放氯離子進行了監(jiān)測，揭示100g總的干骨料在500ml蒸餾水或任意氯離子摩爾溶液中的情況，實驗是氯離子濃度濃度變化，結果表明在28天期間，不論是輕集料還是普通砂在這項研究中采用的

23、評估期內無明顯吸收或釋放氯離子，這表明任何減少氯離子深度并不是由輕集料的氯離子吸收造成的。</p><p><b>　　結果和討論</b></p><p>　　在表2中，測量不同的砂漿和無內部固化的砂漿中氯離子侵蝕滲透深度。每種情況，硝酸銀的噴灑技術在相同條件下內部固化砂漿氯離子滲透深度遠小于沒有內部固化砂漿，即使流體吸附和反應都忽視，然而對于氯離子進入一個體積穩(wěn)定的

24、圓柱體砂漿的分析結果相當復雜，它的包含形式DT/L2，其中D是擴散系數，T是曝光時間，L是穿透深度。這就意味著對于一個固定的曝光時間，對于內部固化砂漿和受控制砂漿的滲透深度比應相當于其擴散系數比的平方根，或反過來說，它們的擴散系數比的比例是其滲透深度平方，認識到多種反應情況在現實的材料中反生非常簡單的Fick擴散映射。在表2中列出了對各種養(yǎng)護條件和氯離子曝光時間這些比率。他們表明在沒有內部固化砂漿的擴散系數可以應用于控制砂漿中，明顯減少

25、只有55%-75%。在目前現實的退化情況下，擴散系數與混凝土使用壽命是成正比的關系，從而減少由一個或兩個因素影響擴散系數，例如，可以使混凝土的壽命增加一倍。</p><p>　　TABLE2（表2）</p><p>　　請問這樣的擴散系數顯著降低能被簡單的解釋為無內部固化砂漿的界面過渡區(qū)缺少輕集料嗎？根據圖4模擬的結果，通過假定界面過渡區(qū)厚度為12lm，滲出界面過渡區(qū)的體積分數僅為無內部固

26、化砂漿的60%，隨機仿真模擬表明，內部無固化砂漿和砂漿相比減少界面過渡區(qū)體積將產生22%的的擴散。受控砂漿沒有輕集料，相反，假設一個5：1的比例是相對界面過渡區(qū)擴散到粘結狀，擴散率減少僅10%，由于加強水化擴散系數這些模擬沒有任何的進一步減少。例如，水灰比為0.4的水泥凈漿，以先前的發(fā)展將表明水泥漿體擴散減少32%，在表5中表明，如果其水化程度增加75%至80%，由于提供額外的內部固化水，即使從77%增加到80%，擴散會減少13%，但是

27、在后期放熱增強了內部固化砂漿的水化。</p><p>　　內部固化的混凝土在后期階段中水化過程的加強得到了圖5中給出的等溫熱量測定結果的證實，結果表明，固化時間為7天時，在二者都處于密封養(yǎng)護的時候，相對于受控的混凝土，內部固化混凝土在熱量的釋放上（或者說是水化的程度）增加了5%。表1也同時定性的指出了內部固化的混凝土在后期階段（120天）也加強了水化的過程并且獲得了更加密集的微觀結構。所以我們用界面滲透區(qū)的體積降

28、低分數（滲透性）和加強的水化過程就可以很容易的獲得內部固化的混凝土的擴散率大概是受限混凝土擴散率的55%到75%（例如：0.78×0.68=0.53或者0.9×0.87=0.78）。</p><p>　　FIG4和FIG5（圖4和圖5）</p><p>　　這些結果是從砂的體積含量為55%的混凝土中所獲得的。按體積分數來看，那些混凝土中含有的集料（粗或細)為60-70%

29、時，可以看到的混凝土擴散系數的明顯的降低可能是不同的，傳統(tǒng)混凝土中的界面過渡區(qū)需要被充分的浸濕以便它能夠被更多的輕集料所替代從而大幅度降低具有滲透性的界面過渡區(qū)漿體的體積分數。同樣，在水化過程加強的同時，我們也可以獲得一定數量的降低，這樣或許內部固化的混凝土與受限的混凝土相比就會有一個較低的擴散系數。進一步的說，我們在這里所采用的模擬技巧和實驗技巧同樣也適用于其他的混凝土，在未來的研究中也會被進一步的加以利用。</p>&

30、lt;p><b>　　4.結論</b></p><p>　　在本實驗研究中，我們制備了內部固化的砂漿，然后把他們放在密封的條件下進行養(yǎng)護，和受限的砂漿相比，他們表現出了在氯離子的滲透深度會大幅度的降低的特性。利用模型所獲得的結果表明這種擴散系數的降低很可能是因為具有滲透性的界面過渡區(qū)漿體體積含量的大幅度減少以及具有內部固化的砂漿在長時期后發(fā)生的水化過程的加強。所以，根據研究所獲得的結果

31、，我們可以知道，內部固化不僅僅可以使得早期的自發(fā)收縮大幅降低，28天強度大大增加，它還可以使得砂漿和混凝土對氯離子和其他的有害離子的抵抗能力大幅度的增加。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　作者感謝來自建筑和消防實驗室的Mr. Max Peltz 對本次試驗過程所給予的幫助，感謝東北索尼特公司對材料的提供和利哈伊波特蘭水泥有限公司的支持。&

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